EP1144996B1 - Automatische bestimmung der belastung von wässrigen reinigungslösungen mit kohlenstoffhaltigen verbindungen - Google Patents

Automatische bestimmung der belastung von wässrigen reinigungslösungen mit kohlenstoffhaltigen verbindungen Download PDF

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EP1144996B1
EP1144996B1 EP99950366A EP99950366A EP1144996B1 EP 1144996 B1 EP1144996 B1 EP 1144996B1 EP 99950366 A EP99950366 A EP 99950366A EP 99950366 A EP99950366 A EP 99950366A EP 1144996 B1 EP1144996 B1 EP 1144996B1
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EP
European Patent Office
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inorganically
content
bound carbon
organically bound
sample
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EP99950366A
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EP1144996A3 (de
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Ibolya Bartik-Himmler
Andrea Wimschneider
Wolfgang Krey
Werner Opitz
Hans-Willi Kling
Bernd Schenzle
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Henkel AG and Co KGaA
Original Assignee
Henkel AG and Co KGaA
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Publication date
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Publication of EP1144996A3 publication Critical patent/EP1144996A3/de
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    • Y10T436/235—In an aqueous solution [e.g., TOC, etc.]

Definitions

  • the invention relates to a method for automatic control and control of cleaning baths, the measurement and control parameters being the content of the aqueous Cleaning solution on inorganic ("inorganic carbon", IC) or organic bound carbon ("total organic carbon", TOC) or their sum (“total carbon ", TC) is determined.
  • the method is particularly suitable for technical Detergent baths in the metalworking industry such as in Automotive engineering. It enables, for example, that by the parameter TOC characterized exposure of the detergent bath in particular to greases and Monitor oils automatically and, if necessary, automatically or by external requirement to supplement the cleaning bath or other Take bathroom care measures.
  • the process is designed in particular that the results of the determinations are at a location away from the cleaning bath be transmitted.
  • the "from the cleaner bath remote location” can, for example, in a higher-level process control system, in a control center of the plant in which the detergent bath is located, or at are outside the factory.
  • the cleaning of metal parts before further processing is one of them Standard task in the metalworking industry.
  • the metal parts can for example with detached or leached out temporary coatings, Pigment dirt, dust, metal abrasion, anti-corrosion oils, joining materials such as for example adhesive residues, cooling lubricants or forming aids to be dirty.
  • Corrosion protection treatment or coating e.g. phosphating, Chromating, anodizing, reaction with complex fluorides, organic Coating, etc.
  • these contaminants be removed with a suitable cleaning solution. For this come spraying, Diving or combined procedures in question.
  • alkaline cleaners in the metalworking industry are usually alkaline (pH values in the range above 7, for example 9 to 12), however, can be angry too.
  • the basic components of alkaline cleaners are alkalis (Alkali metal hydroxides, carbonates, silicates, phosphates, borates) and nonionic and / or anionic surfactants.
  • the cleaners often contain as additional auxiliary components complexing agents (gluconates, polyphosphates, salts of aminocarboxylic acids such as ethylenediaminetetraacetate or Nitrilotriacetate, salts of phosphonic acids such as salts of Hydroxyethane diphosphonic acid, phosphonobutane tricarboxylic acid, or others Phosphonic or phosphonocarboxylic acids), anti-corrosion agents such as for example salts of carboxylic acids with 6 to 12 carbon atoms, alkanolamines and Foam inhibitors such as end-capped alkoxylates from Alcohols with 6 to 16 carbon atoms in the alkyl radical. Unless the cleaning baths contain anionic surfactants, cationic surfactants can also be used. Acidic cleaners contain acids such as, for example, instead of the alkalis Phosphoric acid or sulfuric acid.
  • the cleaners generally contain ethoxylates as nonionic surfactants, Propoxylates and / or ethoxylates / propoxylates of alcohols or alkylamines with 6 to 16 carbon atoms in the alkyl radical, which can also be end-capped.
  • Anionic surfactants are widely used alkyl sulfates and alkyl sulfonates. Also Alkylbenzenesulfonates are still found, but from an environmental point of view disadvantageous.
  • Cationic surfactants include, in particular, cationic ones Alkylammonium compounds with at least one alkyl radical with 8 or more carbon atoms in question.
  • the invention has as its object a control of Detergent baths by determining the inorganic and / or organic content to carry out and document bound carbon in such an automated manner, that at least the results of the determination are stored on a data carrier and / or be issued.
  • the one used Check and calibrate the measuring device yourself and, if it malfunctions, a Send the alarm message to a remote location.
  • the functionality of the measuring device and the measurement results to check from a remote location. It is also said to be from a remote Be intervened in the measuring sequence and in the bathroom maintenance measures can.
  • the aim of remote control is to reduce the personnel expenditure for the Bath control and the bath control of the detergent baths can be reduced.
  • the sample volume drawn in sub-step a) can the control part of the The measuring device to be used for the method must be permanently programmed.
  • the size of the sample volume can be changed from a remote location.
  • the control program can be designed so that it is to be used Makes sample volume dependent on the result of a previous measurement and / or the sample is automatically diluted to a favorable measuring range.
  • the sample volume can be selected to be larger, the smaller is the fat load in the detergent bath. The accuracy of the determination can thereby be optimized.
  • the distant place can represent, for example, a central process control system that is part of a Overall process for the surface treatment of metal parts as part of the task Cleaner bath controls and controls.
  • the "distant place” can also be a central one Represent the control room from which the entire process is controlled and controlled and which is, for example, in a different room than the cleaning bath.
  • step c) the sample is in a certain ratio diluted with water.
  • This ratio can be fixed, but by one remotely changeable.
  • the dilution ratio can also be from the result of a previous determination of the inorganic content and / or organically bound carbon. hereby it is ensured that the carbon content of the sample solution is in a range lies, which allows an optimal determination with the chosen method.
  • the inorganic and / or organically bound carbon can be determined, for example, by converting it to CO 2 and quantitatively determining the CO 2 formed.
  • the carbon can be converted to CO 2 by oxidation, for example by combustion at elevated temperature in the gas phase.
  • the increased temperature during the combustion is preferably above approximately 600 ° C., for example approximately 680 ° C.
  • the combustion is preferably carried out with air or with oxygen gas in a reaction tube with the aid of a catalyst.
  • suitable catalysts are noble metal oxides or other metal oxides such as vanadates, vanadium oxides, chromium, manganese or iron oxides. Platinum or palladium deposited on aluminum oxide can also be used as a catalyst. According to this method, a combustion gas containing CO 2 is obtained directly, the CO 2 content of which can be determined as described below.
  • the carbon can also be converted into CO 2 using wet chemistry.
  • the carbon of the sample is oxidized with a strong chemical oxidizing agent, such as with hydrogen peroxide or with peroxodisulfate.
  • a strong chemical oxidizing agent such as with hydrogen peroxide or with peroxodisulfate.
  • this wet chemical oxidation reaction can be accelerated with the aid of a catalyst of the type mentioned above and / or with UV radiation.
  • this can be determined quantitatively using one of the following methods. If the amount of sample is known, the inorganic and / or organically bound carbon content of the cleaning solution can be calculated from this. Alternatively, the result of the determination as fat load per 1 detergent bath is specified by a predetermined conversion factor if inorganically bound carbon is not present or has been removed beforehand.
  • Different methods known in the prior art can be used to determine the CO 2 content of the gas stream obtained. For example, one can pass the gases through an absorber solution and, for example, measure the weight gain of the absorber solution. For example, an aqueous solution of potassium hydroxide which absorbs CO 2 with the formation of potassium carbonate is suitable. As an alternative to determining the weight gain, the change in the electrical conductivity of the absorption solution or its residual alkalinity after absorption of the CO 2 can be determined.
  • the CO 2 formed can also be absorbed on a suitable solid whose weight gain is measured.
  • Sodium asbestos for example, is suitable for this.
  • both an absorber solution and a solid absorber must be replaced when they are exhausted and can no longer bind CO 2 .
  • the infrared absorption can be determined, for example, at a wavelength of 4.26 ⁇ m, corresponding to a wave number of 2349 cm -1 .
  • Devices which can carry out the combustion of the sample and the measurement of the infrared absorption are known in the prior art.
  • One example is the Shimadzu TOC system.
  • the proportion of carbon is also recorded which is due to consciously added active ingredients in the cleaning solution.
  • active ingredients include surfactants, organic corrosion inhibitors and organic ones Called complexing agents.
  • their content in the cleaning solution is known within certain fluctuation limits or can be determined separately become.
  • the proportion of organically bound due to these active ingredients Carbon can therefore be deducted from the result of the determination. you then receives the proportion attributable to the impurities entered is.
  • the proportion of organically bound carbon present in the form of lipophilic substances can alternatively be determined by extracting the lipophilic substances into an organic solvent which is not miscible with water in all proportions. After evaporation of the solvent, the lipophilic substances remain and can be determined gravimetrically. However, the procedure is preferably such that the infrared absorption of the lipophilic substances in the extract is determined photometrically.
  • Halogenated hydrocarbons in particular halogenated hydrocarbons, are suitable as water-immiscible organic solvents. A preferred example of this is 1,1,2-trichlorotrifluoroethane. This determination method is based on DIN 38409, part 17.
  • the proportion of lipophilic substances in the sample is not determined gravimetrically after the organic solvent has evaporated, but rather photometrically in the organic solvent.
  • the quantitative determination is preferably carried out by measuring the infrared absorption of the lipophilic substances in the extract at a characteristic oscillation frequency of the CH 2 group. It is recommended to use such an organic solvent for extraction that does not itself contain any CH 2 groups. For example, the infrared absorption band at 3.42 ⁇ m (2924 cm -1 ) can be used for this photometric determination.
  • all organic substances are recorded which have CH 2 groups and which can be extracted into the organic solvent. Some of these are also the surfactants in the cleaning solution.
  • the distribution ratio of the surfactants between the cleaning solution and the water-immiscible organic solvent must have been determined beforehand. In practice, however, it may be sufficient to set a maximum value for the permissible load of the cleaning solution with lipophilic substances, which also takes into account the surfactant content. If this maximum value is exceeded, bathroom care measures must be initiated.
  • infrared spectrometers with calibrate a known amount of a lipophilic substance.
  • a solution of 400 to 500 mg is suitable for calibration solutions Methyl palmitate in 100 ml 1,1,2-trichlorotrifluoroethane. This calibration solution is used also to check the function of the IR photometer.
  • the preferred procedure is to first add a phosphoric acid magnesium sulfate solution to the sample of the cleaning solution.
  • This solution is prepared by dissolving 220 g of crystalline magnesium sulfate and 125 ml of 85% by weight phosphoric acid in deionized water and making up to 1000 g with deionized water.
  • About 20 ml of the phosphoric acid magnesium sulfate solution is added to the sample solution.
  • 50 ml of the water-immiscible organic solvent, preferably 1,1,2-trichlorotrifluoroethane are then added.
  • the aqueous and organic phases are mixed, phase separation is effected and the organic phase is isolated.
  • This organic phase is preferably washed again with the phosphoric acid magnesium sulfate solution, the phase separation is brought about again and the organic phase is stripped off. This is transferred to a measuring cuvette and the infrared absorption is measured in the case of an oscillation band of the CH 2 group.
  • a quartz glass cuvette with a layer thickness of 1 mm, for example, is suitable as the measuring cuvette. From the comparison with the calibration curve, which also contains the blank value of the photometer, the content of lipophilic substances in the sample can be determined on the basis of the infrared absorption.
  • the result will be the destination is then output and / or on a data carrier saved (sub-step e)).
  • the data carrier can be at the location of the Determination or are located in a remote processing unit. Under “Issue of the result of the determination "it is understood that this either on a higher-level process control system passed on or recognizable for a person displayed or printed on a screen. The location of the Display or output of the result of the "remote location" defined above his. It is preferable that the results of each determination at least be stored on a data carrier for a predetermined time interval, so that they are subsequently evaluated, for example in the sense of quality assurance can be.
  • results of the carbon determinations must are not immediately issued as such or saved on data carriers. Rather, they can also be used directly as the basis for further calculations the results of these further calculations are displayed or get saved. For example, instead of the current carbon content the trend of the values and / or their relative change are displayed. Or the current carbon content is expressed in "% of the maximum content" converted.
  • the inventive method works so that the Sub-steps a) to e) are repeated after a predetermined time interval.
  • the specified time interval depends on the requirements of the operator of the cleaning bath and can be any time interval in the range of range from a few minutes to several days.
  • the predetermined time intervals be in the range, for example are between 5 minutes and 2 hours. For example, every 15 Minutes.
  • the process according to the invention can also be carried out in such a way that steps a) to e) are repeated after the shorter time intervals, the stronger the results of two successive determinations differ.
  • the control system for the method according to the invention can itself decide whether the time intervals between the individual determinations shorten or should be extended.
  • the tax system must Instructions are given for the differences between each other following regulations which time intervals should be selected.
  • the measurement intervals depend on the results of the measurement other ingredients.
  • the time intervals, in those of the inorganic and / or organically bound carbon in the Cleaning solution is measured from the results of a measurement of the Be made dependent on the surfactant content.
  • variable Measurement intervals can be specified externally, for example with the Material throughput through the cleaning bath and / or with the known medium Soiling of the items to be cleaned is correlated.
  • the inventive method can be carried out so that the Sub-steps a) to e) at any time due to an external Request to be executed.
  • the Carbon measurement can therefore be time-controlled (after fixed time intervals) or event-driven (in case of detected changes or due to external requirements) respectively.
  • the sampling and measuring system is preferably designed so that one Central measuring unit fed samples from different cleaning baths can be.
  • Sample lines to the individual cleaning baths can determine the carbon levels of the respective cleaning solutions with a single measuring unit can be determined one after the other.
  • the measurement order of the individual baths can be specified externally. Different measuring intervals for the individual cleaning baths are provided so that, for example, a certain cleaning bath is checked more often than another. Besides, can be provided that the carbon content in a downstream Cleaner bath is only checked when the carbon content in one upstream detergent bath reaches a certain limit.
  • inorganic carbon When carrying out the method according to the invention, it may be desirable to detect both inorganic carbon and organic carbon (TOC). This is the case, for example, if the sample is burned to determine the carbon content. In this case, dissolved CO 2 or carbon present in the form of carbonates is also detected if the carbonates split off CO 2 at the selected combustion temperature. If in this case the inorganic carbon is not to be included, it can be removed by acidifying the sample and blowing out the CO 2 formed with a gas such as air or nitrogen. This can be desirable if you only want to determine the "fat load" of the detergent bath. When determining the carbon content in the form of lipophilic substances by the extraction method described above, inorganic carbon is not automatically included.
  • TOC organic carbon
  • the inventive method is carried out so that the used measuring device itself checked and if necessary recalibrated.
  • the used measuring device itself checked and if necessary recalibrated.
  • the functionality of the measuring device used checked it can be provided that according to a predetermined Time interval or after a predetermined number of determinations or due to an external requirement through control measurements of one or more Standard solutions the functionality of the measuring device used checked.
  • a standard solution with known contents is used for checking measure inorganic and / or organic carbon. This Verification is closest to reality if you have a standard solution Standard cleaning solution uses, the composition of which is to be checked Cleaning solution comes as close as possible. Standard solutions that don't Represent cleaning solutions, but can also be used for checking and / or Calibration can be used.
  • the measuring device determines a during a control measurement of a standard solution Carbon content, which is a predetermined minimum amount from the target content deviates, the measuring device gives locally or preferably at a remote location an alarm message.
  • the alarm message can be sent from a Control program of the measuring device or the higher-level process control system selected proposal to intervene.
  • the between the current and the previous control measurement Determination of the content of inorganic and / or organically bound Carbon with a status indicator that the reliability of this Identifies provisions. For example, have consecutive Control measurements to check the measuring device used show that this works correctly, the determinations of the carbon content with a status indicator "in order”. Differentiate them Results of the control measurements by a predetermined minimum amount can for example, the determinations made in the meantime with the Status indicator "doubtful".
  • Deviations correction of the measuring device, ending the determination of the Carbon content, sending a status message or an alarm signal to one higher-level process control system or a monitoring device, that is to one distant place.
  • the measuring device can therefore, if desired, according to predetermined Criteria decide themselves whether they are functional to the extent that the Carbon determinations can continue, or whether there are deviations are found that require manual intervention.
  • the measuring system used in the method according to the invention is preferably such designed to match the fill levels and / or consumption of the standard and Test solutions and any auxiliary solutions are automatically monitored and checked Below a specified minimum fill level issues a warning message. This can avoid that the measuring device becomes inoperable that it lacks the necessary solutions.
  • the fill levels can be monitored using known methods. For example, the vessels with the solutions can stand on a scale that the respective weight of the solutions registered. Or you put a swimmer on. Alternatively, a minimum level can be set using a conductivity electrode be checked, which dips into the vessel with the solution.
  • the one from the Warning device to be output is preferably sent to the remote Transfer place so that the appropriate measures are initiated from there can be.
  • the results of the determinations and / or the Control measurements and / or the calibrations and / or the status signals continuously or at predetermined intervals and / or on request transmits a distant place.
  • the Control measurements can either be made automatically via a process control system or necessary corrective measures can be taken by manual intervention.
  • the simplest corrective measure is that if one is exceeded predetermined maximum value of inorganic and / or organically bound Carbon or activated at external request a facility that one or several supplementary components (solution or powder) in the cleaning bath dosed. This can be done automatically, for example, depending on the determined carbon content a certain amount of supplementary solution or Supplementary powder is fed to the cleaning bath.
  • the size the portion itself or, in the case of predetermined portions, the Time intervals between the individual additions can be varied. This can for example via metering pumps or weight-controlled. in the The method according to the invention is therefore provided, on the one hand, for certain Deviations from the target value (especially if the control measurements show the Functionality of the measuring device is certain) a certain amount Supplementary component is added to the cleaning bath.
  • these measures to complete the bath are then carried out when there is a predetermined minimum change in carbon content has been determined.
  • this further dosing can also be due to an external request, for example from a remote location, regardless of the current carbon content.
  • surfactants for example, increases the carbon content the cleaning solution. In the next determination of the carbon content must this is taken into account accordingly, which can be done automatically.
  • surfactants increases the oil and fat carrying capacity of the cleaning bath. Accordingly, the tolerable maximum value of the carbon load must be be raised, if exceeded, the next bathroom care measure is initiated. This can be automatically provided in the control program become.
  • the inventive method requires that the provides the appropriate facility.
  • This contains a control For example, a computer control that the time and / or event-dependent Controls measurement course. It must also have the necessary vessels for solutions, Pipes, valves, dosing and measuring devices etc. for control and Measurement of sample streams included.
  • the materials are supposed to Be intended for use, for example made of stainless steel and / or Plastic.
  • the control electronics of the measuring device should be one have appropriate input-output interface to deal with a remote location to be able to communicate.
  • the method according to the invention enables, on the one hand, the carbon content of cleaning baths to be checked on site and without manual intervention initiate prescribed corrective measures. This will make the Process reliability increased and a consistently reliable cleaning result achieved. Deviations from the target values can be recognized early and automatically or be corrected manually before the cleaning result deteriorates. To the others, the measurement data are preferably transmitted to a remote location, so that operating or supervisory staff also continuously on the state of the Cleaning bath is informed if it is not in its immediate vicinity located. The personnel expenditure for checking and controlling the cleaning bath can be reduced considerably. By documenting the im Data collected according to the method of the invention meets the requirements of a modern quality assurance taken into account. Chemical consumption can be documented and optimized.

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur automatischen Kontrolle und Steuerung von Reinigerbäder, wobei als Meß- und Steuerparameter der Gehalt der wäßrigen Reinigungslösung an anorganisch ("inorganic carbon", IC) oder organisch gebundenem Kohlenstoff ("total organic carbon", TOC) oder deren Summe ("total carbon", TC) bestimmt wird. Das Verfahren ist insbesondere für technische Reinigerbäder in der metallverarbeitenden Industrie wie beispielsweise im Automobilbau konzipiert. Es ermöglicht beispielsweise, die durch den Parameter TOC charakterisierte Belastung des Reinigerbades insbesondere mit Fetten und Ölen automatisch zu überwachen und erforderlichenfalls automatisch oder durch externe Anforderung das Reinigerbad zu ergänzen oder sonstige Badpflegemaßnahmen einzuleiten. Das Verfahren ist insbesondere so konzipiert, daß die Ergebnisse der Bestimmungen an einen vom Reinigerbad entfernten Ort übermittelt werden. Außerdem kann von einem vom Reinigerbad entfernten Ort aus in den automatischen Meßablauf eingegriffen werden oder die Nachdosierung oder sonstige Badpflegemaßnahmen angestoßen werden. Der "von dem Reinigerbad entfernten Ort" kann beispielsweise in einem übergeordneten Prozeßleitsystem, in einer Leitzentrale des Werkes, in dem sich das Reinigerbad befindet, oder auch an einer Stelle außerhalb des Werkes liegen.
Die Reinigung von Metallteilen vor ihrer Weiterverarbeitung stellt eine Standardaufgabe in der metallverarbeitenden Industrie dar. Die Metallteile können beispielsweise mit abgelösten oder ausgelaugten temporären Beschichtungen, Pigmentschmutz, Staub, Metallabrieb, Korrosionsschutzölen, Fügewerkstoffen wie beispielsweise Kleberresten, Kühlschmierstoffen oder Umformhilfsmitteln verschmutzt sein. Vor der Weiterverarbeitung wie insbesondere vor einer Korrosionsschutzbehandlung oder -beschichtung (z.B. Phosphatierung, Chromatierung, Anodisierung, Reaktion mit komplexen Fluoriden, organische Beschichtung usw.) oder vor einer Lackierung müssen diese Verunreinigungen durch eine geeignete Reinigungslösung entfernt werden. Hierfür kommen Spritz-, Tauch- oder kombinierte Verfahren in Frage.
Industrielle Reiniger in der metallverarbeitenden Industrie sind in der Regel alkalisch (pH-Werte im Bereich oberhalb 7, beispielsweise 9 bis 12), können jedoch auch sauer sein. Grundbestandteile alkalischer Reiniger sind Alkalien (Alkalimetallhydroxide, -carbonate, -silicate, -phosphate, -borate) sowie nichtionische und/oder anionische Tenside. Häufig enthalten die Reiniger als zusätzliche Hilfskomponenten Komplexbildner (Gluconate, Polyphosphate, Salze von Aminocarbonsäuren wie beispielsweise Ethylendiamintetraacetat oder Nitrilotriacetat, Salze von Phosphonsäuren wie beispielsweise Salze von Hydroxyethandiphosphonsäure, Phosphono-butantricarbonsäure, oder andere Phosphon- oder Phosphonocarbonsäuren), Korrosionsschutzmittel wie beispielsweise Salze von Carbonsäuren mit 6 bis 12 C-Atomen, Alkanolamine und Schauminhibitoren wie beispielsweise endgruppenverschlossene Alkoxylate von Alkoholen mit 6 bis 16 C-Atomen im Alkylrest. Sofern die Reinigerbäder keine anionischen Tenside enthalten, können auch kationische Tenside eingesetzt werden. Saure Reiniger enthalten anstelle der Alkalien Säuren wie beispielsweise Phosphorsäure oder Schwefelsäure.
Als nichtionische Tenside enthalten die Reiniger in der Regel Ethoxylate, Propoxylate und/oder Ethoxylate/Propoxylate von Alkoholen oder Alkylaminen mit 6 bis 16 C-Atomen im Alkylrest, die auch endgruppenverschlossen sein können. Als anionische Tenside sind Alkylsulfate und Alkylsulfonate weit verbreitet. Auch Alkylbenzolsulfonate sind noch anzutreffen, aus Umweltgesichtspunkten jedoch nachteilig. Als kationische Tenside kommen insbesondere kationische Alkylammoniumverbindungen mit mindestens einem Alkylrest mit 8 oder mehr C-Atomen in Frage.
Als Ergebnis des Reinigungsvorgangs reichern sich die von den Oberflächen abgelösten Schmutzbestandteile in der Reinigungslösung an. Pigmentschmutz kann zu einer Belastung mit anorganisch gebundenem Kohlenstoff führen. Korrosionsschutzöle, Kühlschmierstoffe oder Umformhilfsmittel wie beispielsweise Ziehfette und/oder abgelöste oder ausgelaugte organische Beschichtungen oder Fügewerkstoffe führen zu einer Belastung der Reinigungslösung mit organisch gebundenem Kohlenstoff. Da dieser organisch gebundene Kohlenstoff größtenteils in Form von Mineralölen, Mineralfetten oder von Ölen und Fetten tierischen oder pflanzlichen Ursprungs vorliegt, wird häufig kurz von der "Fettbelastung" der Reinigungslösung gesprochen. Solche Öle und Fette liegen in der Reinigungslösung größtenteils in emulgierter Form vor. Öle und Fette tierischen oder pflanzlichen Ursprungs können von einer alkalischen Reinigungslösung jedoch zumindest teilweise hydrolisiert werden. Die Hydrolyseprodukte können dann auch in gelöster Form in der Reinigungslösung vorliegen. Bei einer zu hohen TOC-Belastung der Reinigungslösung ist nicht mehr gewährleistet, daß sie die zu reinigenden Teile im erforderlichen Maße von Ölen und Fetten befreit. Oder es besteht die Gefahr, daß Öle und Fette auf die gereinigten Teile wieder aufziehen, wenn diese aus der Reinigungslösung entfernt werden. Daher ist es erforderlich, die Fettbelastung der Reinigungslösung unterhalb eines kritischen Höchstwerts zu halten, der von der Weiterverwendung der gereinigten Teile und von der Zusammensetzung der Reinigungslösung abhängen kann. Bei hoher Fettbelastung kann entweder der Tensidgehalt der Reinigungslösung erhöht werden, um das Fettlösevermögen der Reinigungslösung zu erhöhen. Oder man leitet Badpflegemaßnahmen mit dem Ziel ein, die Fettbelastung der Reinigungslösung zu verringern. Bei einer vorgegebenen Hochstgrenze der Fettbelastung ist dies auf jeden Fall erforderlich. Im einfachsten Falle verwirft man die Reinigungslösung ganz oder teilweise und setzt sie neu an oder ergänzt sie mit frischer Reinigungslösung. Wegen des hierbei anfallenden Abwassers sowie wegen des Bedarfs an Frischwasser ist man jedoch bemüht, Fette und Öle von der Reinigungslösung abzutrennen und die Reinigungslösung, ggf. nach Ergänzung mit Wirkstoffen, weiter einzusetzen. Geeignete Einrichtungen hierzu wie beispielsweise Separatoren oder Membranfiltrationsanlagen sind in der Technik bekannt.
Bisher war es üblich, die Reinigungsleistung einer Reinigungslösung visuell anhand des Reinigungsergebnisses zu beurteilen. Das Bedienungspersonal der Anlage beurteilt die Reinigungsleistung und ergreift die erforderlichen Maßnahmen wie beispielsweise Badergänzung oder Baderneuerung. Dieses derzeit übliche Verfahren setzt voraus, daß sich zu den erforderlichen Kontrollzeiten Bedienungspersonal in der Nähe des Reinigungsbades aufhält. Je kürzere Kontrollintervalle erwünscht werden, desto stärker wird das Bedienungspersonal für die visuelle Beurteilung beansprucht.
Die Erfindung stellt sich demgegenüber die Aufgabe, eine Kontrolle von Reinigerbäder durch Bestimmung des Gehalts an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff derart automatisiert durchzuführen und zu dokumentieren, daß zumindest die Ergebnisse der Bestimmung auf einem Datenträger gespeichert und/oder ausgegeben werden. Vorzugsweise soll sich die eingesetzte Meßeinrichtung selbst überprüfen und kalibrieren und bei Fehlfunktion eine Alarmmeldung an einen entfernten Ort übermitteln. Weiterhin soll es vorzugsweise möglich sein, die Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung und die Meßergebnisse von einem entfernten Ort aus zu überprüfen. Weiterhin soll von einem entfernten Ort aus in den Meßablauf und in die Badpflegemaßnahmen eingegriffen werden können. Durch die angestrebte Fernkontrolle soll der personelle Aufwand für die Badkontrolle und die Badsteuerung der Reinigerbäder verringert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, wie im Anspruch 1 definiert.
Das im Teilschritt a) gezogene Probenvolumen kann dem Steuerteil der für das Verfahren einzusetzenden Meßeinrichtung fest einprogrammiert sein. Vorzugsweise ist die Größe des Probenvolumens von einem entfernten Ort aus änderbar. Weiterhin kann das Steuerprogramm so ausgelegt sein, daß es das zu verwendende Probevolumen von dem Ergebnis einer vorausgehenden Messung abhängig macht und/oder die Probe automatisch auf einen günstigen Meßbereich verdünnt. Beispielsweise kann das Probenvolumen um so größer gewählt werden, je geringer die Fettbelastung des Reinigerbades ist. Die Genauigkeit der Bestimmung kann hierdurch optimiert werden.
Wenn im Sinne des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem "entfernten Ort" die Rede ist, so ist damit ein Ort gemeint, der sich nicht im unmittelbaren oder zumindest im optischen Kontakt mit dem Reinigerbad befindet. Der entfernte Ort kann beispielsweise ein zentrales Prozeßleitsystem darstellen, das im Rahmen eines Gesamtverfahrens zur Oberflächenbehandlung der Metallteile als Teilaufgabe das Reinigerbad kontrolliert und steuert. Der "entfernte Ort" kann auch eine zentrale Leitwarte darstellen, von der aus der Gesamtprozeß kontrolliert und gesteuert wird und die sich beispielsweise in einem anderen Raum als das Reinigerbad befindet.
Als "entfernter Ort" kommt jedoch auch eine Stelle außerhalb des Werkes in Betracht, in dem sich das Reinigerbad befindet. Hierdurch wird es möglich, daß Spezialisten das Reinigerbad überprüfen und steuern, die sich außerhalb des Werkes aufhalten, in dem sich das Reinigerbad befindet. Hierdurch ist es wesentlich seltener erforderlich, daß sich Spezialpersonal am Ort des Reinigerbades aufhält.
Geeignete Datenleitungen, mit denen sich die Ergebnisse der Bestimmungen sowie Steuerbefehle übertragen lassen, stehen im Stand der Technik zur Verfügung.
Zwischen dem Ziehen der Probe und der eigentlichen Messung kann es wünschenswert sein, die Probe im fakultativen Teilschritt b) von Feststoffen zu befreien. Bei einem nur wenig mit Feststoffen belasteten Reinigerbad ist dieses nicht erforderlich. Bei einem zu hohen Feststoffgehalt des Reinigerbades können jedoch Ventile der Meßeinrichtung verstopfen. Daher ist es empfehlenswert, Feststoffe aus der Probe zu entfernen. Dies kann automatisch durch Filtration oder auch durch Verwendung eines Zyklons oder einer Zentrifuge erfolgen. Empfehlenswert ist es, die Probe beispielsweise durch kräftiges Rühren zu homogenisieren. Hierdurch wird eine gleichmäßige und feine Verteilung der ggf. als grobe Öl- oder Fettröpfchen vorliegenden organischen Verunreinigungen erreicht.
Falls erforderlich, wird im Teilschritt c) die Probe in einem bestimmten Verhältnis mit Wasser verdünnt. Dieses Verhältnis kann fest vorgegeben, jedoch von einem entfernten Ort aus änderbar sein. Das Verdünnungsverhältnis kann jedoch auch von dem Ergebnis einer vorhergegangenen Bestimmung des Gehalts an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff abhängig gemacht werden. Hierdurch wird gewährleistet, daß der Kohlenstoffgehalt der Probelösung in einem Bereich liegt, der eine optimale Bestimmung mit der gewählten Methode erlaubt.
Im Teilschritt d) kann der anorganisch und/oder organisch gebundene Kohlenstoff beispielsweise dadurch bestimmt werden, daß man ihn in CO2 überführt und das gebildete CO2 quantitativ bestimmt.
Die Überführung des Kohlenstoffs zu CO2 durch Oxidation kann beispielsweise durch Verbrennung bei erhöhter Temperatur in der Gasphase erfolgen. Die erhöhte Temperatur bei der Verbrennung liegt vorzugsweise oberhalb von etwa 600 °C, beispielsweise bei etwa 680 °C. Vorzugsweise erfolgt die Verbrennung mit Luft oder mit Sauerstoffgas in einem Reaktionsrohr mit Hilfe eines Katalysators. Als Katalysator kommen beispielsweise Edelmetalloxide oder andere Metalloxide wie beispielsweise Vanadate, Vanadiumoxide, Chrom-, Mangan- oder Eisenoxide in Betracht. Auch auf Aluminiumoxid niedergeschlagenes Platin oder Palladium kann als Katalysator eingesetzt werden. Nach diesem Verfahren erhält man direkt ein CO2-haltiges Verbrennungsgas, dessen CO2-Gehalt wie nachstehend beschrieben bestimmt werden kann.
Alternativ zu einer Verbrennung in der Gasphase kann die Überführung des Kohlenstoffs in CO2 auch naßchemisch erfolgen. Hierbei oxidiert man den Kohlenstoff der Probe mit einem starken chemischen Oxidationsmittel wie beispielsweise mit Wasserstoffperoxid oder mit Peroxodisulfat. Diese naßchemische Oxidationsreaktion kann erwünschtenfalls mit Hilfe eines Katalysators der vorstehend genannten Art und/oder mit UV-Strahlung beschleunigt werden. In diesem Falle ist es vorzuziehen, das entstandene CO2 mit einem Gasstrom aus der - erforderlichenfalls angesäuerten - Probe auszutreiben, um es quantitativ zu bestimmen. Dabei kann in Form von Carbonaten oder von CO2 gebundener Kohlenstoff ebenfalls erfaßt werden.
Unabhängig von der Methode, mit der gasförmiges CO2 erzeugt wurde, kann dieses nach einer der folgenden Methoden quantitativ bestimmt werden. Bei bekannter Probenmenge kann hieraus der Gehalt der Reinigungslösung an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff errechnet werden. Alternativ wird durch einen vorgegebenen Umrechnungsfaktor das Ergebnis der Bestimmung als Fettbelastung pro 1 Reinigerbad angegeben, wenn anorganisch gebundener Kohlenstoff nicht vorhanden ist oder vorher entfernt wurde.
Für die Bestimmung des CO2-Gehalts des erhaltenen Gasstroms kommen unterschiedliche, im Stand der Technik bekannte Methoden in Frage. Beispielsweise kann man die Gase durch eine Absorberlösung leiten und beispielsweise die Gewichtszunahme der Absorberlösung messen. Geeignet ist hierfür beispielsweise eine wäßrige Lösung von Kaliumhydroxid, die CO2 unter Bildung von Kaliumcarbonat aufnimmt. Alternativ zur Bestimmung der Gewichtszunahme kann die Änderung der elektrischen Leitfähigkeit der Absorptionslösung oder ihre Restalkalität nach Absorption des CO2 bestimmt werden.
Das gebildete CO2 kann auch an einem geeigneten Festkörper absorbiert werden, dessen Gewichtszunahme man mißt. Geeignet hierfür ist beispielsweise Natronasbest. Selbstverständlich müssen sowohl eine Absorberlösung als auch ein Feststoffabsorber ausgetauscht werden, wenn sie erschöpft sind und kein CO2 mehr binden können.
Für ein automatisch arbeitendes Verfahren ist es jedoch einfacher, den CO2-Gehalt des Gases durch Messung der Infrarotabsorption quantitativ zu bestimmen. Die Bestimmung der Infrarotabsorption kann beispielsweise bei einer Wellenlänge von 4,26 µm entsprechend einer Wellenzahl von 2349 cm-1 durchgeführt werden. Geräte, die die Verbrennung der Probe und die Messung der Infrarotabsorption durchführen können, sind im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise genannt sei das TOC-System der Firma Shimadzu.
Für die photometrische Bestimmung des CO2-Gehalts des Verbrennungsgases bzw. des aus der Probe ausgetriebenen Gases kommen nicht nur dispersiv arbeitende Infrarotspektrometer, sondern auch nichtdispersive Photometer in Betracht. Diese sind auch als "NDIR-Geräte" bekannt. Ein derartiges Gerät ist beispielsweise in der DE-A-44 05 881 beschrieben.
Bei dieser Bestimmungsmethode wird auch derjenige Anteil an Kohlenstoff erfaßt, der auf bewußt zugesetzte Wirkstoffe in der Reinigungslösung zurückgeht. Beispielsweise seien hier Tenside, organische Korrosionsinhibitoren und organische Komplexbildner genannt. Deren Gehalt in der Reinigungslösung ist jedoch innerhalb gewisser Schwankungsgrenzen bekannt oder kann getrennt bestimmt werden. Der auf diese Wirkstoffe zurückgehende Anteil an organisch gebundenem Kohlenstoff kann also vom Ergebnis der Bestimmung abgezogen werden. Man erhält dann den Anteil, der auf die eingetragenen Verunreinigungen zurückzuführen ist. Dabei ist es in der Praxis nicht unbedingt erforderlich, den in Form von Wirkstoffen vorliegenden Kohlenstoffanteil bei der Kohlenstoff-Bestimmung zu berücksichtigen. Vielmehr genügt es häufig, eine Obergrenze des Kohlenstoff-Gehalts der Reinigungslösung festzulegen, die den Wirkstoffgehalt bereits berücksichtigt. Durch die Kohlenstoff-Bestimmung wird dann festgestellt, ob die Kohlenstoff-Belastung unterhalb oder oberhalb dieser Höchstgrenze liegt.
Der in Form lipophiler Stoffe vorliegenden Anteil an organisch gebundenem Kohlenstoff kann alternativ so bestimmt werden, daß man die lipophilen Stoffe in ein mit Wasser nicht in jedem Verhältnis mischbares organisches Lösungsmittel extrahiert. Nach Abdampfen des Lösungsmittels bleiben die lipophilen Stoffe zurück und können gravimetrisch bestimmt werden. Vorzugsweise geht man jedoch so vor, daß man die Infrarotabsorption der lipophilen Stoffe im Extrakt photometrisch bestimmt. Hierbei kommen als mit Wasser nicht in jedem Verhältnis mischbares organisches Lösungsmittel insbesondere halogenierte Kohlenwasserstoffe in Betracht. Ein bevorzugtes Beispiel hierfür ist 1,1,2-Trichlortrifluorethan. Diese Bestimmungsmethode ist angelehnt an die DIN 38409, Teil 17. Im Gegensatz zu dieser Methode wird der Anteil lipophiler Stoffe in der Probe jedoch nicht gravimetrisch nach Abdampfen des organischen Lösungsmittels, sondern photometrisch im organischen Lösungsmittel bestimmt. Die quantitative Bestimmung erfolgt vorzugsweise wie in der DIN 38409, Teil 18 durch Messung der Infrarotabsorption der lipophilen Stoffe im Extrakt bei einer charakteristischen Schwingungsfrequenz der CH2-Gruppe. Dabei ist es empfehlenswert, ein solches organisches Lösungsmittel zur Extraktion zu verwenden, das selbst keine CH2-Gruppen enthält. Beispielsweise kann für diese photometrische Bestimmung die Infrarot-Absorptionsbande bei 3,42 µm (2924 cm-1) herangezogen werden. Hierbei werden alle organischen Substanzen erfaßt, die CH2-Gruppen aufweisen und die in das organische Lösungsmittel extrahiert werden können. Teilweise sind dies auch die Tenside in der Reinigungslösung. Sofern deren Anteil nicht mit erfaßt werden soll, ist er getrennt durch eine Alternativmethode zu bestimmen und vom Gesamtergebnis abzuziehen. Erforderlichenfalls muß zuvor der Verteilungsquoiffizent der Tenside zwischen der Reinigungslösung und dem mit Wasser nicht in jedem Verhältnis mischbaren organischen Lösungsmittel bestimmt worden sein. In der Praxis kann es jedoch ausreichend sein, einen Höchstwert der zulässigen Belastung der Reinigungslösung mit lipophilen Stoffen festzulegen, der den Tensidanteil mit berücksichtigt. Wird dieser Höchstwert überschritten, sind Badpflegemaßnahmen einzuleiten.
Im Rahmen dieser Methode ist es empfehlenswert, daß Infrarotspektrometer mit einer bekannten Menge einer lipophilen Substanz zu kalibrieren. Als Kalibrierlösung eignet sich beispielsweise eine Lösung von 400 bis 500 mg Methylpalmitat in 100 ml 1,1,2-Trichlortrifluorethan. Diese Kalibrierlösung dient ebenfalls zur Funktionskontrolle des IR-Photometers.
Dabei geht man vorzugsweise so vor, daß man die Probe der Reinigungslösung zunächst mit einer phosphorsauren Magnesiumsulfatlösung versetzt. Diese Lösung bereitet man dadurch zu, daß man 220 g kristallines Magnesiumsulfat und 125 ml 85 gew.-%ige Phosphorsäure in deionisiertem Wasser löst und diese Lösung mit deionisiertem Wasser auf 1000 g auffüllt. Die Probelösung wird mit etwa 20 ml der phosphorsauren Magnesiumsulfatlösung versetzt. Anschließend gibt man 50 ml des mit Wasser nicht in jedem Verhältnis mischbaren organischen Lösungsmittels, vorzugsweise 1,1,2-Trichlortrifluorethan zu. Man vermischt die wäßrige und die organische Phase, führt eine Phasentrennung herbei und isoliert die organische Phase. Vorzugsweise wäscht man diese organische Phase nochmal mit der phosphorsauren Magnesiumsulfatlösung, führt erneut die Phasentrennung herbei und zieht die organische Phase ab. Diese wird in eine Meßküvette überführt und die Infrarotabsorption bei einer Schwingungsbande der CH2-Gruppe vermessen. Als Meßküvette eignet sich beispielsweise eine Quarzglasküvette mit einer Schichtdicke von 1 mm. Aus dem Vergleich mit der Eichkurve, die auch den Blindwert des Photometeres enthält, kann der Gehalt an lipophilen Stoffen in der Probe anhand der Infrarotabsorption bestimmt werden.
Unabhängig von der Art der gewählten Bestimmungsmethode wird das Ergebnis der Bestimmung anschließend ausgegeben und/oder auf einem Datenträger gespeichert (Teilschritt e)). Dabei kann sich der Datenträger am Ort der Bestimmung oder auch in einer entfernten Recheneinheit befinden. Unter "Ausgabe des Ergebnisses der Bestimmung" wird verstanden, daß dieses entweder an ein übergeordnetes Prozeßleitsystem weitergegeben oder für einen Menschen erkennbar auf einem Bildschirm angezeigt oder ausgedruckt wird. Dabei kann der Ort der Anzeige bzw. Ausgabe des Ergebnisses der weiter oben definierte "entfernte Ort" sein. Es ist vorzuziehen, daß die Ergebnisse der einzelnen Bestimmungen zumindest für einen vorgegebenen Zeitintervall auf einem Datenträger gespeichert werden, so daß sie anschließend, beispielsweise im Sinne einer Qualitätssicherung, ausgewertet werden können. Die Ergebnisse der Kohlenstoff-Bestimmungen müssen jedoch nicht unmittelbar als solche ausgegeben oder auf Datenträger gespeichert werden. Vielmehr können sie auch direkt als Basis für weitere Berechnungen herangezogen werden, wobei die Ergebnisse dieser weiteren Berechnungen angezeigt oder gespeichert werden. Beispielsweise kann anstelle des jeweils aktuellen Kohlenstoff-Gehalts der Trend der Werte und/oder deren relative Änderung angezeigt werden. Oder die aktuellen Kohlenstoff-Gehalte werden in "% des Maximalgehalts" umgewandelt.
Im einfachsten Falle arbeitet das erfindungsgemäße Verfahren so, daß die Teilschritte a) bis e) nach einem vorgegebenen Zeitintervall wiederholt werden. Das vorgegebene Zeitintervall richtet sich dabei nach den Anforderungen des Betreibers des Reinigungsbades und kann jedes beliebige Zeitintervall im Bereich von wenigen Minuten bis zu mehreren Tagen umfassen. Für eine Qualitätssicherung ist es vorzuziehen, daß die vorgegebenen Zeitintervalle beispielsweise im Bereich zwischen 5 Minuten und 2 Stunden liegen. Beispielsweise kann man alle 15 Minuten eine Messung durchführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch so durchgeführt werden, daß man die Schritte a) bis e) nach um so kürzeren Zeitintervallen wiederholt, je stärker sich die Ergebnisse zweier aufeinander folgender Bestimmungen unterscheiden. Das Steuersystem für das erfindungsgemäße Verfahren kann also selbst entscheiden, ob die Zeitintervalle zwischen den einzelnen Bestimmungen verkürzt oder verlängert werden sollen. Selbstverständlich muß dem Steuersystem die Anweisung vorgegeben werden, bei welchen Differenzen zwischen aufeinander folgenden Bestimmungen welche Zeitintervalle gewählt werden sollen. Es kann auch vorgesehen werden, daß die Meßintervalle an die Ergebnisse der Messung anderer Inhaltsstoffe gekoppelt werden. Beispielsweise können die Zeitintervalle, in denen der anorganisch und/oder organisch gebundene Kohlenstoff in der Reinigungslösung gemessen wird, von den Ergebnissen einer Messung des Tensidgehalts abhängig gemacht werden. Selbstverständlich können auch variable Meßintervalle extern vorgegeben werden, die beispielsweise mit dem Materialdurchsatz durch das Reinigungsbad und/oder mit der bekannten mittleren Verschmutzung des Reinigungsgutes korreliert sind.
Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt werden, daß die Teilschritte a) bis e) zu jedem beliebigen Zeitpunkt aufgrund einer externen Anforderung ausgeführt werden. Hierdurch kann beispielsweise eine sofortige Kontrolle des Kohlenstoff-Gehalts des Reinigerbads vorgenommen werden, wenn in nachfolgenden Prozeßschritten Qualitätsprobleme festgestellt werden. Die Kohlenstoff-Messung kann also zeitgesteuert (nach festen Zeitintervallen) oder ereignisgesteuert (bei festgestellten Änderungen oder durch äußere Anforderungen) erfolgen.
Dabei legt man das Probennahme- und Meßsystem vorzugsweise so aus, daß einer zentralen Meßeinheit Proben aus unterschiedlichen Reinigungsbädern zugeführt werden können. Auf dem betroffenen Industriesektor ist es üblich, Metallteile in mehreren hintereinander geschalteten Reinigungsbädern zu reinigen. Durch Probenleitungen zu den einzelnen Reinigungsbädern können die Kohlenstoff-Gehalte der jeweiligen Reinigungslösungen mit einer einzigen Meßeinheit nacheinander bestimmt werden. Die Meßreihenfolge der einzelnen Bäder kann dabei extern vorgegeben werden. Dabei können unterschiedliche Meßintervalle für die einzelnen Reinigungsbäder vorgesehen werden, so daß beispielsweise ein bestimmtes Reinigungsbad öfter überprüft wird als ein anderes. Außerdem kann vorgesehen werden, daß der Kohlenstoff-Gehalt in einem nachgeschalteten Reinigerbad erst dann überprüft wird, wenn der Kohlenstoff-Gehalt in einem vorgeschalteten Reinigerbad einen bestimmten Grenzwert erreicht.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es erwünscht sein, sowohl anorganisch gebundenen Kohlenstoff als auch organisch gebundenen Kohlenstoff (TOC) zu erfassen. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn zur Bestimmung des Kohlenstoffgehalts die Probe verbrannt wird. Hierbei wird auch gelöstes CO2 oder in Form von Carbonaten vorliegender Kohlenstoff erfaßt, falls die Carbonate bei der gewählten Verbrennungstemperatur CO2 abspalten. Soll in diesem Fall der anorganisch gebundene Kohlenstoff nicht mit erfaßt werden, kann er dadurch entfernt werden, daß man die Probe ansäuert und das gebildete CO2 mit einem Gas wie beispielsweise Luft oder Stickstoff ausbläst. Dies kann erwünscht sein, wenn man speziell nur die "Fettbelastung" des Reinigerbads bestimmen will. Bei der Bestimmung des in Form lipophiler Stoffe vorliegenden Kohlenstoff-Gehalts nach der vorstehend beschriebenen Extraktionsmethode wird anorganisch gebundener Kohlenstoff automatisch nicht mit erfaßt.
Ebenso ist es möglich, flüchtige organische Verbindungen vor der Ausführung des Teilschritts d) durch Ausblasen mit einem Gas wie beispielsweise Luft oder Stickstoff aus der Probe zu entfernen. Beispielsweise können hierdurch flüchtige Lösungsmittel vor der Kohlenstoff-Bestimmung entfernt werden.
Vorzugsweise wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, daß sich die verwendete Meßeinrichtung selbst kontrolliert und erforderlichenfalls nachkalibriert. Hierzu kann vorgesehen werden, daß man nach einem vorgegebenen Zeitintervall oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Bestimmungen oder aufgrund einer externen Anforderung durch Kontrollmessungen einer oder mehrerer Standardlösungen die Funktionsfähigkeit der verwendeten Meßeinrichtung überprüft. Zur Überprüfung wird eine Standardlösung mit bekannten Gehalten an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff vermessen. Diese Überprüfung ist am realitätsnächsten, wenn man als Standardlösung eine Standardreinigungslösung einsetzt, deren Zusammensetzung der zu überprüfenden Reinigungslösung möglichst nahekommt. Standard-Lösungen, die keine Reinigungslösungen darstellen, können jedoch ebenfalls zur Überprüfung und/oder Kalibrierung herangezogen werden.
Ermittelt die Meßeinrichtung bei einer Kontrollmessung einer Standardlösung einen Kohlenstoff-Gehalt, der um einen vorzugebenden Mindestbetrag vom Sollgehalt abweicht, gibt die Meßeinrichtung lokal oder vorzugsweise an einem entfernten Ort eine Alarmmeldung aus. Dabei kann die Alarmmeldung durch einen vom Steuerprogramm der Meßeinrichtung oder dem übergeordneten Prozeßleitsystem ausgewählten Vorschlag zum Eingreifen enthalten.
Im erfindungsgemäßen Verfahren kann auch vorgesehen werden, daß man durch Kontrollmessung einer oder mehrerer Standardlösungen die Funktionsfähigkeit der verwendeten Meßeinrichtung überprüft, wenn die Ergebnisse zweier aufeinander folgender Messungen um einen vorgegebenen Betrag differieren. Hierdurch kann unterschieden werden, ob festgestellte Abweichungen im Kohlenstoff-Gehalt der Reinigungslösung real sind und Badpflegemaßnahmen erfordern oder ob sie durch einen Fehler im Meßsystem vorgetäuscht werden.
Je nach Ergebnis der Überprüfung der verwendeten Meßeinrichtung kann man die zwischen der aktuellen und der vorhergehenden Kontrollmessung erfolgten Bestimmungen des Gehalts an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff mit einem Statuskennzeichen versehen, das die Zuverlässigkeit dieser Bestimmungen kennzeichnet. Haben beispielsweise aufeinander folgende Kontrollmessungen zur Überprüfung der verwendeten Meßeinrichtung ergeben, daß diese korrekt arbeitet, können die Bestimmungen des Kohlenstoff-Gehalts mit einem Statuskennzeichen "in Ordnung" versehen werden. Differieren die Ergebnisse der Kontrollmessungen um einen vorgegebenen Mindestbetrag, können beispielsweise die zwischenzeitlich erfolgten Bestimmungen mit dem Statuskennzeichen "zweifelhaft" versehen werden.
Weiterhin kann vorgesehen werden, daß man je nach Ergebnis der Überprüfung der verwendeten Meßeinrichtung mit der automatischen Bestimmung des Gehalts an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff fortfährt und/oder eine oder mehrere der folgenden Aktionen durchführt: Analyse festgestellter Abweichungen, Korrektur der Meßeinrichtung, Beenden der Bestimmung des Kohlenstoff-Gehalts, Senden einer Statusmeldung oder eines Alarmsignals an ein übergeordnetes Prozeßleitsystem oder eine Überwachungseinrichtung, also an einen entfernten Ort. Die Meßeinrichtung kann also, falls erwünscht, nach vorgegebenen Kriterien selbst entscheiden, ob sie soweit funktionsfähig ist, daß mit den Kohlenstoff-Bestimmungen fortgefahren werden kann, oder ob Abweichungen festgestellt werden, die ein manuelles Eingreifen erforderlich machen.
Vorzugsweise ist das im erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzte Meßsystem so ausgelegt, daß es die Füllstände und/oder den Verbrauch der verwendeten Standardund Testlösungen sowie evtl. Hilfslösungen automatisch überwacht und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestfüllstandes eine Warnmeldung ausgibt. Hierdurch kann vermieden werden, daß die Meßeinrichtung dadurch funktionsunfähig wird, daß ihr die erforderlichen Lösungen fehlen. Die Überwachung der Füllstände kann mit bekannten Methoden erfolgen. Beispielsweise können die Gefäße mit den Lösungen auf einer Waage stehen, die das jeweilige Gewicht der Lösungen registriert. Oder man setzt einen Schwimmer ein. Alternativ kann ein Mindestfüllstand durch eine Leitfähigkeitselektrode überprüft werden, die in das Gefäß mit der Lösung eintaucht. Die von der Meßeinrichtung auszugebende Warnmeldung wird vorzugsweise an den entfernten Ort übertragen, so daß von dort aus die entsprechenden Maßnahmen eingeleitet werden können. Generell ist in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise vorgesehen, daß man die Ergebnisse der Bestimmungen und/oder der Kontrollmessungen und/oder der Kalibrierungen und/oder die Statussignale kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen und/oder auf Anforderung an einen entfernten Ort überträgt. Hierdurch ist Kontrollpersonal, das sich nicht am Ort des Reinigerbades befinden muß, laufend über dessen aktuellen Gehalt an anorganisch und/oder organisch gebundem Kohlenstoff und somit über die aktuelle Fett- und Ölbelastung informiert. Je nach Ergebnis der Bestimmungen und der Kontrollmessungen können entweder automatisch über ein Prozeßleitsystem oder durch manuelles Eingreifen erforderliche Korrekturmaßnahmen getroffen werden.
Die einfachste Korrekturmaßnahme besteht darin, daß man bei Überschreiten eines vorgegebenen Höchstwertes an anorganisch und/oder organisch gebundem Kohlenstoff oder auf externe Anforderung eine Einrichtung aktiviert, die eine oder mehrere Ergänzungskomponenten (Lösung oder Pulver) in das Reinigungsbad dosiert. Dies kann beispielsweise derart automatisiert erfolgen, daß je nach ermitteltem Kohlenstoff-Gehalt eine bestimmte Menge Ergänzungslösung oder Ergänzungspulver dem Reinigungsbad zugeführt wird. Hierbei können die Größe der Zugabeportion selbst oder bei fest vorgegebenen Zugabeportionen die Zeitintervalle zwischen den einzelnen Zugaben variiert werden. Dies kann beispielsweise über Dosierpumpen oder auch gewichtsgesteuert erfolgen. Im erfindungsgemäßen Verfahren ist also zum einen vorgesehen, daß bei bestimmten Abweichungen vom Sollwert (insbesondere, wenn durch die Kontrollmessungen die Funktionsfähigkeit der Meßeinrichtung feststeht) eine bestimmte Menge Ergänzungskomponente in das Reinigungsbad nachdosiert wird. Daneben kann vorgesehen werden, daß diese Maßnahmen zur Badergänzung dann durchgeführt werden, wenn eine vorgegebene Mindeständerung des Kohlenstoff-Gehalts festgestellt worden ist. Weiterhin kann dieses Nachdosieren jedoch auch aufgrund einer externen Anforderung, beispielsweise von einem entfernten Ort aus, unabhängig von dem aktuellen Kohlenstoff-Gehalt vorgenommen werden. Durch das Nachdosieren beispielsweise von Tensiden erhöht sich der Kohlenstoff-Gehalt der Reinigungslösung. Bei der nächsten Bestimmung des Kohlenstoff-Gehalts muß dies entsprechend berücksichtigt werden, was automatisch erfolgen kann. Durch eine Tensidzugabe erhöht sich das Öl- und Fettragevermögen des Reinigerbads. Entsprechend muß der tolerierbare Maximalwert der Kohlenstoff-Belastung angehoben werden, bei dessen Überschreiten die nächste Badpflegemaßnahme eingeleitet wird. Dies kann in dem Steuerprogramm automatisch vorgesehen werden.
Anstelle einer Nachdosierung von Badkomponenten wie beispielsweise Tensiden oder beim Überschreiten eines vorgegebenen Höchstgehalts an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff können Badpflegemaßnahmen eingeleitet werden, die den Gehalt der Reinigungslösung an anorganisch und/oder organischen gebundenem Kohlenstoff verringern. Derartige Badpflegemaßnahmen haben insbesondere das Ziel, den Fett- und Ölgehalt der Reinigungslösung zu verringern. Im einfachsten Falle kann dies dadurch erfolgen, daß die Reinigungslösung ganz oder teilweise abgelassen und durch frische Reinigungslösung ersetzt wird. Ökonomischer ist es jedoch, Öle und Fette aus der Reinigungslösung durch im Stand der Technik bekannte Maßnahmen wie Abscheiden durch einen Separator oder Abtrennen durch Membranfiltration zu entfernen. Da bei diesen Verfahren auch Tenside zumindest teilweise ausgetragen werden, muß die Reinigungslösung entsprechend ergänzt werden. Auch das Einleiten dieser Maßnahmen kann nicht nur vom absoluten Kohlenstoff-Gehalt der Reinigerlösung abhängig gemacht werden, sondern von einer vorgegebenen Änderung des Kohlenstoff-Gehalts.
Selbstverständlich setzt das erfindungsgemäße Verfahren voraus, daß man die entsprechende Einrichtung zur Verfügung stellt. Diese enthält eine Steuerung, beispielsweise eine Rechnersteuerung, die zeit- und/oder ereignisabhängig den Meßverlauf steuert. Sie muß weiterhin die erforderlichen Gefäße für Lösungen, Rohrleitungen, Ventile, Dosier- und Meßeinrichtungen etc. zur Steuerung und Messung der Probenströme enthalten. Die Materialien sollen dem Verwendungszweck angepaßt sein, beispielsweise aus Edelstahl und/oder aus Kunststoff bestehen. Die Steuerelektronik der Meßeinrichtung sollte eine entsprechende input-output-Schnittstelle aufweisen, um mit einem entfernten Ort kommunizieren zu können.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, zum einen den Kohlenstoff-Gehalt von Reinigungsbädern vor Ort zu überprüfen und ohne manuellen Eingriff vorgegebene Korrekturmaßnahmen einzuleiten. Hierdurch wird die Prozeßsicherheit erhöht und ein konstant zuverlässiges Reinigungsergebnis erzielt. Abweichungen von den Sollwerten können frühzeitig erkannt und automatisch oder manuell korrigiert werden, bevor das Reinigungsergebnis verschlechtert wird. Zum anderen werden die Meßdaten vorzugsweise an einen entfernten Ort übertragen, so daß Bedienungs- oder Aufsichtspersonal auch dann laufend über den Zustand des Reinigungsbades informiert ist, wenn es sich nicht in dessen unmittelbarer Nähe befindet. Der Personalaufwand für Kontrolle und Steuerung des Reinigungsbades kann hierdurch beträchtlich reduziert werden. Durch die Dokumentation der im erfindungsgemäßen Verfahren erhobenen Daten wird den Anforderungen einer modernen Qualitätssicherung Rechnung getragen. Der Chemikalienverbrauch kann dokumentiert und optimiert werden.

Claims (19)

  1. Verfahren zur kontrolle von Reinigerbädern mittels automatischer Bestimmung des Gehalts der wäßrigen Reinigungslösung an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff, wobei man programmgesteuert
    a) aus der wäßrigen Reinigungslösung eine Probe mit einem vorgegebenen Volumen zieht,
    b) erwünschtenfalls die Probe von Feststoffen befreit und/oder homogenisiert,
    c) erwünschtenfalls die Probe in einem vorgegebenen oder als Ergebnis einer Vorbestimmung ermittelten Verhältnis mit Wasser verdünnt,
    d) den anorganisch und/oder organisch gebundenen Kohlenstoff mit an sich bekannten Verfahren bestimmt,
    e) das Ergebnis der Bestimmung an einen entfernten Ort überträgt und ausgibt und/oder auf einem Datenträger speichert und/oder als Basis für weitere Berechnungen heranzieht und
    f1) bei Überschreiten eines vorgegebenen Höchstwertes oder bei einer vorgegebenen Änderung des Gehaltes an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff oder auf Anforderung eine Einrichtung aktiviert, die eine oder mehrere Ergänzungskomponenten in die Reinigungslösung dosiert, oder
    f2) bei Überschreiten eines vorgegebenen Höchstwertes oder bei einer vorgesehenen Änderung des Gehaltes an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff Badpflegemaßnahmen einleitet, die den Gehalt der Reinigungslösung an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff verringern.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Teilschritt d) anorganisch und/oder organisch gebundenen Kohlenstoff dadurch bestimmt, daß man den Kohlenstoff der Probe in CO2 überführt und das gebildete CO2 quantitativ bestimmt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Teilschritt d) das CO2 quantitativ bestimmt, indem man es in einer Absorberlösung oder an einem festen Absorber absorbiert und mindestens eine der folgenden Größen mißt Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, Restalkalität, Gewichtszunahme.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man im Teilschritt d) das CO2 durch Messung der Infrarotabsorption quantitativ bestimmt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Messung der Infrarotabsorption bei einer Wellenlänge von 4,26 µm entsprechend einer Wellenzahl von 2349 cm-1 durchführt.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Messung der Infrarotabsorption ein nichtdispersives Photometer einsetzt.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man im Teilschritt d) den in Form lipophiler Stoffe vorliegenden organisch gebundenen Kohlenstoff bestimmt, indem man die lipophilen Stoffe in ein mit Wasser nicht in jedem Verhältnis mischbares organisches Lösungsmittel extrahiert und sie gravimetrisch nach Abdampfen des Lösungsmittels oder über Infrarotabsorption der lipophilen Stoffe im Extrakt photometrisch bestimmt.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Infrarotabsorption der lipophilen Stoffe im Extrakt bei einer charakteristischen Schwingungsfrequenz der CH2-Gruppe mißt.
  9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilschritte a) bis e) nach einem vorgegebenen Zeitintervall wiederholt.
  10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilschritte a) bis e) nach um so kürzeren Zeitintervallen wiederholt, je stärker sich die Ergebnisse zweier aufeinanderfolgender Bestimmungen unterscheiden.
  11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8,dadurch gekennzeichnet, daß man die Teilschritte a) bis e) aufgrund einer externen Anforderung ausführt.
  12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Bestimmung des Gehalts an organisch gebundenem Kohlenstoff vor dem Teilschritt d) anorganisch gebundenen Kohlenstoff aus der Probe entfernt, indem man die Probe ansäuert und das gebildete CO2 mit einem Gas ausbläst.
  13. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß man vor dem Teilschritt d) flüchtige organische Verbindungen durch Ausblasen mit einem Gas aus der Probe entfernt.
  14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man nach einem vorgegebenen Zeitintervall oder nach einer vorgegebenen Anzahl von Bestimmungen oder aufgrund einer externen Anforderung durch Kontrollmessung einer oder mehrerer Standardlösungen die Funktionsfähigkeit der verwendeten Meßeinrichtung überprüft.
  15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß man durch Kontrollmessung einer oder mehrerer Standardlösungen die Funktionsfähigkeit der verwendeten Meßeinrichtung überprüft, wenn die Ergebnisse zweier aufeinanderfolgender Messungen um einen vorgegebenen Betrag differieren.
  16. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß man je nach Ergebnis der Überprüfung der verwendeten Meßeinrichtung die zwischen der aktuellen und der vorhergehenden Kontrollmessung erfolgten Bestimmungen des Gehaltes an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff mit einem Statuskennzeichen versieht, das die Zuverlässigkeit dieser Bestimmungen des Gehaltes an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff kennzeichnet.
  17. Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß man je nach Ergebnis der Überprüfung der verwendeten Meßeinrichtung mit der automatischen Bestimmung des Gehaltes an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff fortfährt und/oder eine oder mehrere der folgenden Aktionen durchführt: Analyse festgestellter Abweichungen, Korrektur der Meßeinrichtung, Beenden der Bestimmungen des Gehaltes an anorganisch und/oder organisch gebundenem Kohlenstoff, Senden einer Statusmeldung oder eines Alarmsignals an ein übergeordnetes Prozeßleitsystem oder an eine Überwachungseinrichtung.
  18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß man die Füllstände und/oder den Verbrauch der verwendeten Lösungen automatisch überwacht und bei Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestfüllstandes eine Warnmeldung ausgibt
  19. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß man die Ergebnisse der Bestimmungen und/oder der Kontrollmessungen und/oder der Kalibrierungen und/oder die Statussignale kontinuierlich oder in vorgegebenen Zeitabständen und/oder auf Anforderung an einen von dem Ort der Bestimmung unterschiedlichen Ort überträgt.
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